本发明属于复合材料与精细化工技术领域,涉及一种多巴胺表面改性二维纳米材料及制备方法。
背景技术:
二维纳米材料(二硫化钼、二硫化钨、二硒化钼、二硒化钨、碳化钛、氮化硼)由于其独特的结构一直以来都是研究人员的研究热点,在导电、导热、耐摩擦、电磁屏蔽等领域表现出杰出的性能。
国内外许多研究人员都知道,二维纳米材料具有类石墨烯结构,在摩擦方面表现出优良的特性。因此,许多研究人员将二维纳米材料与高分子聚合物、树脂进行复合,制备了许多复合材料,这些材料在耐摩擦方面表现出优异的性能。但是,由于二维纳米材料都是无机物,在和有机高分子聚合物、树脂进行的时候总是会出现相容性差的问题,最终使得复合材料中二维纳米材料分散不均匀,导致复合材料的性能不理想。另外,氮化硼问世于100多年前,最早的应用是作为高温润滑剂的六方氮化硼,h—bn不仅其结构而且其性能也与石墨极为相似,且自身洁白,所以俗称:白石墨。最近研究表明,氮化硼在导热方面表现出了杰出的性能,成为目前的研究热点。然而目前研究的瓶颈就是如何改进氮化硼在复合材料中的分散性。
技术实现要素:
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种多巴胺表面改性二维纳米材料及制备方法。
技术方案
一种多巴胺表面改性二维纳米材料,其特征在于组份包括多巴胺和二维纳米材料,其中多巴胺占有的质量百分比为17~37%,余量为二维纳米材料。所述二维纳米材料在特定的反应条件下与多巴胺进行作用,最终使得其表面被聚多巴胺完全包裹着。
所述二维纳米材料为石墨烯、二硫化钼、二硫化钨、二硒化钼、二硒化钨、碳化钛或氮化硼。
一种制备所述多巴胺表面改性二维纳米材料的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:将三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中,然后加入稀盐酸调节溶液的ph为7.5-9.5;
步骤2:将二维纳米材料粉末和纯乙醇加入到上述体系中超声分散30-60min形成混合溶液;
步骤3:将盐酸多巴胺加入到混合液中,控制体系温度在15-35℃之间,搅拌反应10-15小时
步骤4:对反映的溶液进行离心分离得到固体粉末,分别用去离子水和乙醇洗涤多次,冷冻干燥,得到的黑色固体粉末为聚多巴胺包裹的纳米粉末二维纳米材料。
有益效果
本发明提出的一种多巴胺表面改性二维纳米材料及制备方法,通过一步反应制备了一种聚多巴胺包裹的二维纳米材料。本发明解决了传统的二维纳米材料在间质(水、有机物)中分散性差的问题。此特征制备方法提供了一种多巴胺表面改性二维纳米材料的方法,二维纳米材料表面经多巴胺修饰后成功引入功能基团(羟基和氨基)不但提供继续反应的活性基团,而且增加间质与二维纳米材料之间的相容性。因此,此发明具有重大的科学意义,在耐摩擦复合材料、润滑油脂、导热复合材料生产方面存在着巨大的实际应用价值。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步描述:
以石墨烯为例制备方法简述:
首先,将1.2114g三羟甲基氨基甲烷溶于150ml去离子水中,用稀盐酸(1m)调节ph≈7.5-9.5。然后,0.5g石墨烯粉末和50ml纯乙醇加入到上述体系中超声分散30-60min。最后,0.4g盐酸多巴胺加入到混合液中,控制体系温度在15-35℃之间,搅拌反应10-15小时。停止反应离心分离,用去离子水和乙醇分别洗涤,冷冻干燥,得到聚多巴胺包裹的石墨烯二维纳米材料。
实施例1:
首先,将1.2114g三羟甲基氨基甲烷溶于150ml去离子水中,用稀盐酸(1m)调节ph=8.5,继续搅拌20min。然后,1g自制二硫化钼粉末和50ml纯乙醇加入到上述体系中超声分散60min。最后,称取0.4g盐酸多巴胺加入到混合液中,快速搅拌10min,控制体系温度在20℃左右,搅拌反应12小时。停止反应离心分离得到黑色固体粉末,用去离子水和乙醇分别洗涤3次,冷冻干燥,得到的黑色固体粉末即为聚多巴胺包裹的二硫化钼二维纳米材料。
实施例2:
首先,将2g三羟甲基氨基甲烷溶于250ml去离子水中,用稀盐酸(1m)调节ph=8.5,继续搅拌20min。然后,1g经超声剥离后的氮化硼白色粉末和50ml纯乙醇加入到上述体系中超声分散40min。最后,称取0.8g盐酸多巴胺加入到混合液中,快速搅拌10min,控制体系温度在20℃左右,搅拌反应15小时。停止反应离心分离得到黑色固体粉末,用去离子水和乙醇分别洗涤3次,冷冻干燥,得到的黑色固体粉末即为聚多巴胺包裹的氮化硼二维纳米材料。
实施例3:
首先,将1.2114g三羟甲基氨基甲烷溶于150ml去离子水中,用稀盐酸(1m)调节ph=8.5,继续搅拌20min。然后,0.8g自制碳化钛灰色粉末和50ml纯乙醇加入到上述体系中超声分散60min。最后,称取0.4g盐酸多巴胺加入到混合液中,快速搅拌10min,控制体系温度在20℃左右,搅拌反应12小时。停止反应离心分离得到黑色固体粉末,用去离子水和乙醇分别洗涤3次,冷冻干燥,得到的黑色固体粉末即为聚多巴胺包裹的碳化钛二维纳米材料。
实施例4:
首先,将1.2114g三羟甲基氨基甲烷溶于150ml去离子水中,用稀盐酸(1m)调节ph=8.5,继续搅拌20min。然后,0.4g自制石墨烯粉末和50ml纯乙醇加入到上述体系中超声分散60min。最后,称取0.4g盐酸多巴胺加入到混合液中,快速搅拌10min,控制体系温度在25℃左右,搅拌反应12小时。停止反应离心分离得到黑色固体粉末,用去离子水和乙醇分别洗涤3次,冷冻干燥,得到的黑色固体粉末即为聚多巴胺包裹的石墨烯二维纳米材料。